摘? 要: 一種時(shí)間統(tǒng)一控制顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,給出了詳細(xì)的系統(tǒng)構(gòu)成及其功能,并描述了系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于航天發(fā)射任務(wù)中,取得了很好的效果。

　　關(guān)鍵詞: 時(shí)間統(tǒng)一控制顯示? 時(shí)間服務(wù)器? 顯示終端? 遠(yuǎn)程時(shí)間客戶機(jī)? 控制分路器

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　　目前,在航天發(fā)射等綜合性任務(wù)中,對(duì)時(shí)間信息要求十分苛刻,誤差只能在毫秒級(jí)。但是參加任務(wù)的各分系統(tǒng)地域分布廣,相互之間距離較遠(yuǎn),時(shí)間信息傳輸延遲大,特別是在有些任務(wù)中,時(shí)間信息發(fā)布系統(tǒng)是由多個(gè)時(shí)間信息發(fā)布子系統(tǒng)組成,隨著任務(wù)重點(diǎn)在任務(wù)的各個(gè)時(shí)間發(fā)布子系統(tǒng)中轉(zhuǎn)移,時(shí)間信息發(fā)布點(diǎn)也隨之在各個(gè)時(shí)間信息發(fā)布子系統(tǒng)中轉(zhuǎn)移。由于在任務(wù)中可能會(huì)遇到各種諸如提前、推遲等情況,任務(wù)實(shí)施時(shí)間、準(zhǔn)備時(shí)間等時(shí)間信息在每一個(gè)時(shí)刻都可能發(fā)生改變,任務(wù)實(shí)時(shí)性要求時(shí)間信息發(fā)布系統(tǒng)必須將當(dāng)前時(shí)間信息的改變實(shí)時(shí)地發(fā)送到各個(gè)分系統(tǒng)中,這給任務(wù)過(guò)程中的時(shí)間信息統(tǒng)一帶來(lái)了很大的困難。針對(duì)這種情況設(shè)計(jì)了一種時(shí)間統(tǒng)一控制顯示系統(tǒng),該系統(tǒng)主要解決了如下問(wèn)題:

　　(1)由通信控制處理器仲裁系統(tǒng)中多個(gè)時(shí)間發(fā)布子系統(tǒng)的主從關(guān)系,保證系統(tǒng)中各類時(shí)間高度統(tǒng)一;

　　(2)通過(guò)時(shí)間延遲環(huán)路測(cè)試、加一秒技術(shù)和鏈路交換技術(shù)解決了系統(tǒng)延時(shí);

　　(3)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)的各時(shí)間發(fā)布子系統(tǒng)既可以在本地時(shí)間服務(wù)器的控制下單獨(dú)工作,也可以在通信控制處理器的仲裁下以主從服務(wù)器的方式進(jìn)行工作;

　　(4)保證輸出信息的格式、標(biāo)準(zhǔn)一致,便于系統(tǒng)的擴(kuò)展。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

　　時(shí)間統(tǒng)一控制系統(tǒng)是由兩個(gè)時(shí)間發(fā)布子系統(tǒng)構(gòu)成的,該系統(tǒng)可以擴(kuò)展為由多個(gè)時(shí)間發(fā)布子系統(tǒng)構(gòu)成,每個(gè)時(shí)間發(fā)布子系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及功能基本全相同。其邏輯圖如圖1所示。

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　　系統(tǒng)有主從和獨(dú)立兩種工作狀態(tài)。獨(dú)立工作狀態(tài)下,各時(shí)間發(fā)布子系統(tǒng)間無(wú)聯(lián)系,在各自的時(shí)間服務(wù)器控制下單獨(dú)工作;在主從工作狀態(tài)下,全系統(tǒng)在一個(gè)時(shí)刻只有一臺(tái)時(shí)間發(fā)布子系統(tǒng)的時(shí)間服務(wù)器作為主時(shí)間服務(wù)器,負(fù)責(zé)產(chǎn)生并向全系統(tǒng)發(fā)布各類時(shí)間信息,時(shí)間服務(wù)器系統(tǒng)的主從狀態(tài)由通信控制處理器依據(jù)任務(wù)時(shí)段和預(yù)案要求進(jìn)行仲裁。

1.2 時(shí)間服務(wù)器

　　時(shí)間服務(wù)器是由一臺(tái)微機(jī)和數(shù)塊功能插件板組成,其功能是生成各類時(shí)間信息和顯示控制信息,其組成如圖2所示。

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　　組成時(shí)間服務(wù)器的各部分分別為:

　　時(shí)統(tǒng)解碼單元:時(shí)統(tǒng)接收天文臺(tái)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)北京時(shí)間生成AC碼和DC碼發(fā)送到系統(tǒng)中的時(shí)間服務(wù)器和遠(yuǎn)程時(shí)間客戶機(jī),時(shí)間服務(wù)器通過(guò)時(shí)統(tǒng)解碼板,對(duì)時(shí)統(tǒng)發(fā)送來(lái)的AC碼和DC碼進(jìn)行解碼,得到當(dāng)前的北京時(shí)間,并以此作為各類時(shí)間信息的生成依據(jù)。

　　用戶處理控制:當(dāng)任務(wù)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),時(shí)間服務(wù)器接收用戶的輸入信息,并根據(jù)當(dāng)前已經(jīng)確立的北京時(shí)間、任務(wù)預(yù)計(jì)開(kāi)始時(shí)間等時(shí)間信息,生成相關(guān)各類時(shí)間信息和控制信息。各類時(shí)間信息主要包括準(zhǔn)備時(shí)間、累計(jì)推遲時(shí)間、實(shí)施時(shí)間、窗口時(shí)間等。

　　中斷控制處理:負(fù)責(zé)接收外部發(fā)送來(lái)的任務(wù)開(kāi)始實(shí)施的中斷信息,生成任務(wù)開(kāi)始時(shí)間并啟動(dòng)任務(wù)實(shí)施時(shí)間。

　　通訊規(guī)程控制:將生成的時(shí)間信息和控制信息轉(zhuǎn)化為符合協(xié)議的報(bào)文,并將該報(bào)文發(fā)送到通訊控制分路器和遠(yuǎn)程時(shí)間客戶機(jī)。同時(shí)還接收從通訊控制分路器發(fā)送來(lái)的仲裁信息,設(shè)置時(shí)間服務(wù)器的主從工作狀態(tài)。

　　網(wǎng)絡(luò)處理單元:將生成的時(shí)間信息和控制信息轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議的報(bào)文,并將產(chǎn)生的報(bào)文發(fā)送到本地內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。由于網(wǎng)絡(luò)中報(bào)文發(fā)送實(shí)時(shí)性差,此方法只作為一種備用手段。

1.3 通信控制處理器

　　通訊控制分路器完成信息轉(zhuǎn)發(fā)控制、主從機(jī)仲裁、主從狀態(tài)識(shí)別等功能。它是由一臺(tái)微機(jī)和數(shù)塊微機(jī)插件板組成,其組成如圖3所示。

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　　組成通訊控制處理器的各部分分別為:

　　用戶處理控制:用來(lái)進(jìn)行時(shí)間服務(wù)器的主從狀態(tài)設(shè)置,系統(tǒng)中主從服務(wù)器的仲裁主要是由系統(tǒng)自動(dòng)判決,但保留有一套備用的人工操作界面,以增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。

　　主從仲裁控制:通訊控制處理器根據(jù)用戶輸入或者仲裁數(shù)據(jù)庫(kù)的信息,判斷主從服務(wù)器的狀態(tài),并向主從服務(wù)器及客戶機(jī)發(fā)送仲裁結(jié)果。

　　通訊控制單元:負(fù)責(zé)系統(tǒng)中服務(wù)器之間以及服務(wù)器與客戶端之間通信的集中控制,建立主時(shí)間服務(wù)器到從時(shí)間服務(wù)器和遠(yuǎn)程時(shí)間客戶機(jī)之間鏈路通路,實(shí)現(xiàn)時(shí)間信息和控制信息的發(fā)送;負(fù)責(zé)接收時(shí)間服務(wù)器發(fā)送來(lái)的請(qǐng)求主從仲裁信息,并將判決結(jié)果發(fā)送到時(shí)間服務(wù)器;響應(yīng)遠(yuǎn)程時(shí)間客戶機(jī)發(fā)送來(lái)的環(huán)路測(cè)試信息,判斷線路時(shí)延。

1.4 遠(yuǎn)程時(shí)間客戶機(jī)

　　遠(yuǎn)程時(shí)間客戶機(jī)為一單片機(jī)系統(tǒng),其組成如圖4所示,完成對(duì)時(shí)間服務(wù)器系統(tǒng)各類信息的解釋及分發(fā),承擔(dān)對(duì)各類顯示終端進(jìn)行直接控制的任務(wù)。在獨(dú)立工作狀態(tài)下,遠(yuǎn)程時(shí)間客戶機(jī)可實(shí)現(xiàn)時(shí)間服務(wù)器的時(shí)間信息產(chǎn)生功能。遠(yuǎn)程時(shí)間客戶機(jī)系統(tǒng)可以進(jìn)行線路延時(shí)的測(cè)定與調(diào)整。

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　　組成遠(yuǎn)程時(shí)間客戶機(jī)的各部分分別為:

　　同步控制處理:接收從時(shí)統(tǒng)發(fā)送來(lái)的B碼終端信息,并以此觸發(fā)時(shí)間信息的發(fā)布。這里所發(fā)布的時(shí)間信息是主時(shí)間服務(wù)器發(fā)送來(lái)的時(shí)間信息經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)程時(shí)間客戶機(jī)進(jìn)行延時(shí)校正后產(chǎn)生的時(shí)間信息。對(duì)于與通信控制處理器僅有單向通信的遠(yuǎn)程時(shí)間客戶機(jī)系統(tǒng),可由所收到的時(shí)間信息幀中的北京時(shí)間與本地時(shí)統(tǒng)之間的差值來(lái)計(jì)算生成線路延時(shí),用以調(diào)整終端顯示;對(duì)于有雙向通信的遠(yuǎn)程系統(tǒng)可通過(guò)線路閉環(huán)來(lái)獲得線路延時(shí)的數(shù)值。

　　用戶處理控制:遠(yuǎn)程時(shí)間客戶機(jī)具有方便的用戶控制面板,具有時(shí)間信息的預(yù)置以及線路延時(shí)測(cè)定的調(diào)整等功能。

　　終端顯示控制:負(fù)責(zé)向顯示終端發(fā)送點(diǎn)陣標(biāo)題和各類時(shí)間內(nèi)容的報(bào)文信息,并根據(jù)用戶的控制或控制報(bào)文信息實(shí)時(shí)向終端發(fā)送控制命令,控制終端的顯示內(nèi)容和顯示方式。

　　通訊規(guī)程控制:接收主時(shí)間服務(wù)器發(fā)送來(lái)的時(shí)間報(bào)文信息,建立主時(shí)間服務(wù)器到遠(yuǎn)程終端之間的鏈路通路,實(shí)現(xiàn)時(shí)間信息和控制信息的發(fā)送。

1.5 顯示終端

　　顯示終端由點(diǎn)陣、數(shù)碼管和通訊規(guī)程板等組成,如圖5所示,主要完成各類時(shí)間的顯示,根據(jù)用戶或服務(wù)器發(fā)送的控制信息切換顯示的時(shí)間內(nèi)容和顯示格式,當(dāng)接收不到時(shí)間數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行自動(dòng)守時(shí)。

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　　用戶控制處理:接收用戶通過(guò)遙控器對(duì)顯示終端發(fā)送的控制信息,改變顯示時(shí)間的類別和顯示格式。

　　報(bào)文理解單元:根據(jù)當(dāng)前各類時(shí)間的狀態(tài),對(duì)各類時(shí)間信息進(jìn)行處理后生成下一時(shí)刻的時(shí)間信息,當(dāng)下一時(shí)刻的時(shí)間報(bào)文標(biāo)志頭到達(dá)時(shí)顯示處理后的時(shí)間。根據(jù)內(nèi)部時(shí)鐘判別線路狀態(tài),當(dāng)接收不到數(shù)據(jù)時(shí),終端自動(dòng)守時(shí),并根據(jù)守時(shí)結(jié)果產(chǎn)生各類時(shí)間進(jìn)行顯示。

　　時(shí)間處理控制:將處理后的時(shí)間數(shù)據(jù)通過(guò)顯示電路在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。

　　點(diǎn)陣顯示控制:根據(jù)要顯示的時(shí)間類別,從字庫(kù)中讀出顯示時(shí)間標(biāo)題的點(diǎn)陣字模,顯示時(shí)間標(biāo)題。

　　通訊規(guī)程控制:接收主時(shí)間服務(wù)器發(fā)送來(lái)的時(shí)間報(bào)文信息。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 時(shí)間關(guān)系運(yùn)算及時(shí)間變化關(guān)系模型

　　依據(jù)北京時(shí)間、時(shí)間信息設(shè)定值和時(shí)間信息控制值來(lái)計(jì)算生成系統(tǒng)中所需要的各類時(shí)間信息,并在任務(wù)中根據(jù)推遲、提前等實(shí)際情況,依據(jù)各類時(shí)間的變化關(guān)系對(duì)系統(tǒng)中各類時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。部分時(shí)間信息的生成,如倒計(jì)時(shí)間、預(yù)計(jì)發(fā)射時(shí)間和累計(jì)推遲時(shí)間等,需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行人工干預(yù)。幾個(gè)主要時(shí)間的關(guān)系如圖6所示。

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2.2 時(shí)間延遲處理

　　信息傳輸、接收、轉(zhuǎn)發(fā)、計(jì)算等過(guò)程中的各種延遲,不可避免地影響信息顯示的同步性,為消除這種影響,系統(tǒng)采用了下面幾種處理方法:

　　(1)鏈路交換技術(shù):時(shí)間服務(wù)器上產(chǎn)生的各類時(shí)間信息在發(fā)送到終端的過(guò)程中,需要經(jīng)過(guò)通信控制處理器、遠(yuǎn)程時(shí)間客戶機(jī)等環(huán)節(jié),傳統(tǒng)的處理方法是在上一環(huán)節(jié)接收到報(bào)文后轉(zhuǎn)發(fā)到下一環(huán)節(jié),這種接收轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制帶來(lái)了較大的時(shí)間延時(shí)。為解決這個(gè)問(wèn)題采用鏈路交換技術(shù),在各個(gè)環(huán)節(jié)由通信控制處理器或遠(yuǎn)程時(shí)間客戶機(jī)根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)選擇控制報(bào)文傳輸通路,將時(shí)間服務(wù)器發(fā)送來(lái)的各類時(shí)間信息不經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)直接發(fā)送到終端進(jìn)行顯示。

　　(2)加一秒技術(shù):通常終端是在接收到當(dāng)前的各類時(shí)間信息后再進(jìn)行顯示,這就不可避免地增加了因?yàn)閿?shù)據(jù)接收帶來(lái)的延時(shí)。為避免數(shù)據(jù)接收帶來(lái)的時(shí)間延時(shí),當(dāng)接收到時(shí)間信息報(bào)文后,根據(jù)當(dāng)前各類時(shí)間的狀態(tài),對(duì)各類時(shí)間進(jìn)行處理生成下一時(shí)刻的各類時(shí)間,而后用本地時(shí)統(tǒng)的下一時(shí)刻秒標(biāo)信號(hào)或者下一信息幀的標(biāo)頭觸發(fā)顯示。

　　(3)線路延時(shí)補(bǔ)償:在遠(yuǎn)程時(shí)間客戶機(jī)上采用時(shí)間補(bǔ)償方法解決遠(yuǎn)程線路傳輸帶來(lái)的延時(shí)。具體方法是在客戶機(jī)與時(shí)間服務(wù)器之間進(jìn)行多次閉環(huán)傳輸,計(jì)算測(cè)定各個(gè)遠(yuǎn)程客戶機(jī)與時(shí)間服務(wù)器之間的線路延時(shí),進(jìn)行時(shí)間延時(shí)補(bǔ)償。

2.3 系統(tǒng)工作方式

　　整個(gè)系統(tǒng)工作有如下三種狀態(tài):

　　(1)自檢狀態(tài),在系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置各類時(shí)間信息,由程序控制、模擬任務(wù)的各種狀態(tài),進(jìn)行系統(tǒng)自檢。

　　(2)內(nèi)控狀態(tài),即本地工作狀態(tài),各時(shí)間發(fā)布子系統(tǒng)相互獨(dú)立,在各自時(shí)間服務(wù)器的控制下,進(jìn)行各類時(shí)間信息和控制信息的產(chǎn)生與發(fā)布。

　　(3)外控狀態(tài),即主從狀態(tài),時(shí)間系統(tǒng)在一個(gè)時(shí)刻只有一臺(tái)時(shí)間發(fā)布子系統(tǒng)的時(shí)間服務(wù)器產(chǎn)生并向整個(gè)系統(tǒng)發(fā)送各類時(shí)間信息和控制信息,其它時(shí)間服務(wù)器以從服務(wù)器的工作方式接收主服務(wù)器發(fā)送的各類信息。時(shí)間服務(wù)器之間的主從狀態(tài)切換是由通訊控制處理器控制的,通訊控制處理器接收主從服務(wù)器的仲裁請(qǐng)求,或根據(jù)外部人工輸入的信息,查找仲裁數(shù)據(jù)庫(kù)的信息,仲裁時(shí)間服務(wù)器的主從狀態(tài),并將仲裁結(jié)果發(fā)送到時(shí)間服務(wù)器及客戶機(jī),同時(shí)改變系統(tǒng)中鏈路的通路。

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